Как появилась вода на земле кратко
Мокрое место: откуда в нашей вселенной вода
1. Большой взрыв
Водород почти так же стар, как сама Вселенная: его атомы появились, как только температура новорожденной Вселенной упала настолько, что смогли существовать протоны и электроны. С тех пор водород уже 14,5 млрд лет остается самым распространенным элементом Вселенной и по массе, и по числу атомов. Облака газа, состоящие в основном из водорода, заполняют весь космос.
В 2011 году астрономы обнаружили в созвездии Персея молодую солнцеподобную звезду, извергавшую целые фонтаны воды. Ускоряясь в мощном магнитном поле звезды, молекулы H20 на скорости, в 80 раз больше скорости пулеметной пули, вырывались из недр звезды и, остывая, превращались в капли воды. Вероятно, такие выбросы молодых звезд – один из источников вещества, в том числе и воды, в межзвездном пространстве.
2. Первые звезды
В результате гравитационного коллапса облаков водорода и гелия появились первые звезды, внутри которых начался термоядерный синтез и образовались новые элементы, в том числе кислород. Кислород и водород дали воду; первые ее молекулы могли сформироваться сразу после появления первых звезд – 12,7 млрд лет назад. В форме очень рассеянного газа она заполняет межзвездное пространство, охлаждая его и таким образом приближая рождение новых звезд.
В 2011 году астрономы нашли самый большой космический резервуар с водой. Он обнаружился в окрестностях огромной и древней черной дыры в 12 млрд световых лет от Земли; воды в нем хватило бы, чтобы заполнить земные океаны 140 трлн раз! Но астрономов больше заинтересовало не количество воды, а ее возраст: ведь расстояние до облака указывает на то, что оно существовало, когда возраст Вселенной составлял одну десятую от нынешнего. А значит, уже тогда вода заполняла часть межзвездного пространства.
3. Вокруг звезд
Вода, присутствовавшая в породившем звезду облаке газа, переходит в вещество протопланетного диска и объектов, которые формируются из него, – планет и астероидов. В конце жизни самые массивные звезды взрываются сверхновыми, оставляя после себя туманности, в которых вспыхивают новые звезды.
Откуда взялась вода на планете Земля
Вода — это химическое соединение водорода и кислорода. С наличием на нашей планете первого все ясно — из водородного облака родилась вся Солнечная система.
Но откуда взялся кислород и как появилась вода на Земле, до сих пор достоверно неизвестно.
Горячее происхождение Земли
Наша планета когда-то была раскаленным телом. В результате остывания появилась литосфера.
Водород среди земных химических соединений был изначально, появившись из протооблака, а кислород «прислали» в нашу систему звезды, существовавшие и погибшие задолго до возникновения Солнца.
Каждая из них выплеснула в космос большое количество сырья для новых миров.
В результате реакции двух химических элементов появилась парообразная вода. Она выходила из трещин в планете и заполняла собой пространство. Охлаждаясь, пар образовывал облака. Когда температура во вновь рожденной атмосфере снизилась, содержащийся в облаках пар превратился в жидкую воду, пошли дожди.
Ливни шли несколько тысячелетий, заполнив все выемки на земной тверди и образовав протоокеан.
Холодное происхождение Земли
Приверженцы этой теории утверждают, что планета родилась уже холодной.
Однако наличие в центре Земли раскаленного ядра доказывает, что в силу каких-то причин, например из-за распада радиоактивных элементов, в недрах планеты начала подниматься температура.
Холодная версия с последующим разогревом
Сначала наша планета была холодной, затем стала раскаляться, что вызвало вулканизм. Магма выносила из недр на поверхность водяной пар, который уже содержался в протоматерии, образовывавшей Землю.
Часть пара остывала, становилась жидкой и заполняла океаническую чашу, а часть стала будущей атмосферой.
Гипотеза английского астрофизика Хойла
Британский ученый утверждал, что конденсация первичного водородного облака проходила по-разному во всех зонах Солнечной системы, в первую очередь из-за разницы температур:
Но процесс происхождения дальних планетарных тел не был гладким. По какой-то причине вырванные из них глыбы льда полетели в направлении ближних планет. Часть объектов таяла по дороге, но крупные экземпляры не успевали растаять под воздействием лучей Солнца, долетали до Земли, оседали в ее атмосфере ледяными каплями, превращаясь в дожди.
Математическими расчетами Хойл доказал, что таких осадков было достаточно, чтобы за несколько миллионов лет образовать океаны.
Вода появилась из космоса
Из глубин космоса на Солнечную систему постоянно направлены потоки ионов — это доказанный факт.
Фото и видео подобных ионных ливней предоставляли космическая обсерватория «Хаббл» и межпланетные исследовательские станции. Большой объем в таких потоках занимают протоны, являющиеся с химической точки зрения ядрами атомов Н+, точнее протия — легкого водородного изотопа, не имеющего электрона.
Проливались ионные дожди и много миллиардов лет назад. Достигая верхних слоев земной атмосферы, они захватывали электроны и превращались в чистый водород, который тут же вступал во взаимодействие с кислородом и образовывал воду. А она изливалась на поверхность Земли в виде осадков.
Расчеты показывают: таким образом может быть образовано всего 1,5 т воды ежегодно. Но за миллионы и миллиарды лет космическая вода на планете могла создать Мировой океан.
Расширение планеты и дрейф материков как причина образования воды
250 млн лет назад существовал 1 сверхконтинент, который впоследствии разделился на части, начавшие двигаться друг от друга так, что между ними образовались широкие проемы, ставшие впоследствии океанами.
Это явление может объяснить гипотеза расширения Земли. Сторонники версии утверждают, что первоначально наша планета была в обхвате в 2 раза меньше, чем сейчас, и материки, вначале слитые воедино, могли полностью ее опоясать. Затем космическое тело начало расширяться, и в едином материке появились трещины — будущие океанические впадины.
С тех пор Земля продолжает расширяться — это доказали последние исследования с применением сверхточных атомных измерительных приборов.
Ученые определили, что:
С такой скоростью всего за 20 млн лет (это маленький срок с геологической точки зрения) на месте Европы может появиться новый океанический пролив шириной 4 тыс. км.
Одна из версий, почему расширяется планета, — активное участие в данном процессе водорода. Земля, окружающие ее планеты, кометы и иные небесные тела состоят из этого химического элемента более чем на 95%.
К нам водород пришел в момент рождения Протоземли вместе с первичным облаком, среди атомов которого были и металлы, отличающиеся способностью поглощать водород в большом количестве, в тысячи раз больше, чем свой размер. И чем больше это поглощение, тем металл активнее уплотняется.
По мере того как пылевое облако становилось плотнее, давление внутри будущей Земли росло, небесное тело разогревалось.
Максимальное сжатие было в его центральных областях, и в какой-то момент температурные показатели в земном ядре достигли критических значений, вызвав обратный процесс — водород начал выделяться из металлов. Ядро резко расширилось, и верхние земные слои не выдержали — треснули.
Водород, проходя сквозь недра, захватывал по пути кислород, появляясь на поверхности уже в виде пара. Он конденсировался, превращаясь в воду, и заполнял литосферные впадины, образуя океаны.
Океан внутри планеты — земное происхождение воды
Это вариация версии, что Земля появилась холодной, а после начала разогреваться. В недрах образовался водяной пар, но с окружающим веществом он в реакции не вступал — мешала высокая температура. Пар накапливался и затем под давлением поступал в прохладные верхние слои планеты.
Там он:
Возникли пустоты, которые заполнила жидкость, вышедшая через увеличивающиеся трещины на поверхность и образовавшая протоокеан.
Процесс продолжался не одно тысячелетие. Оставшаяся в коре влага взаимодействовала с кислотами и щелочами, постепенно превращаясь в соленый раствор.
Жидкость неумолимо растекалась под основаниями тверди, но в кору проникнуть не могла из-за мелкопористой структуры основной горной породы — гранита. Поры задерживали взвеси, забивались, и тектоническая плита начинала выполнять функцию защитного экрана, который преградил путь воде.
Если эта теория верна, на глубине от 12 до 20 км под континентами и сейчас плещется соленый океан.
Доказательством гипотезы служит резкое увеличение скорости тектонических колебаний на этой глубине, как будто по линии смены химико-физических свойств материи.
В пользу версии говорит и продолжающийся до сих пор дрейф материков. Возможно, под днищами континентальных плит находится нечто, играющее роль масляной пленки, способствующей движению и уменьшающей трение.
Как появилась вода на Земле?
Вода, которой мы наслаждаемся и без которой невозможна жизнь на Земле, была там с момента ее образования, полагают команда ученых-исследователей под руководством Седрика Гиллмана из Брюсельского университета.
Такое катастрофическое событие должно было бы испарить любую ранее существовавшую воду, оставив после себя сухую Землю. Таким образом, после катастрофы от гигантского столкновения у нас есть два возможных объяснения наличия воды на Земле: либо вода была привнесена позже, после катастрофы, в частности, ледяными или богатыми водой астероидами; либо гигантское столкновение не было достаточно сильным, чтобы испарить всю воду на Земле.
В связи с важностью воды для происхождения жизни, вопрос о ее возникновении на Земле является первостепенным. Одна из главных проблем при изучении этого вопроса заключается в том, что Земля утратила все следы своего формирования, поскольку она является активной планетой.
Хотя Землю и Венеру можно считать сестрами-близнецами, их соответствующие геологические и климатические эволюции в прошлом резко различались, что привело к тому, что в настоящее время 92-баровая атмосфера Венеры нагревается благодаря тепличному эффекту до неимоверных 470°C, в отличие от мягких температурных условий Земли с давлением в 1 бар на ее поверхности.
Однако по сравнению с Землей вулканическая активность и газовыделение Венеры уменьшились, так как она не имеет подвижных тектонических плит, а имеет застывшую поверхность. Более того, такой конвекционный режим подразумевает очень незначительную рециркуляцию летучих веществ из атмосферы в мантию и обратно.
Таким образом, несмотря на то, что атмосфера Венеры представляет собой сущий «ад», ее эволюцию гораздо легче понять и смоделировать в геологические времена. Кроме того, из-за близости своих орбит Земля и Венера должны были получать один и тот же вид вещества в течение своей истории. Все эти аспекты в совокупности делают Венеру идеальным примером для изучения примитивной эволюции планет земного типа.
Используя численное моделирование столкновений различных типов астероидов, содержащих различное количество воды, команда обнаружила, что богатые водой астероиды, сталкиваясь с Венерой и выделяя свою воду в виде пара, не позволяют объяснить состав атмосферы Венеры таким, каким мы его сегодня наблюдаем. Это означает, что астероидный материал, попавший на Венеру, а значит и на Землю, после гигантского соударения должен был быть сухим, а значит, препятствовать пополнению Земли водой.
Поскольку вода сегодня присутствует на нашей планете, то это означает, что вода, которой мы наслаждаемся на Земле, была там с момента ее образования, вероятно, спрятана глубоко в Земле, чтобы она могла пережить гигантское столкновение.
Эта идея имеет очень глубокие последствия с точки зрения обитаемости древних Земли, Венеры и Марса, так как она предполагает, что планеты, вероятно, образовались с их почти полным запасом воды, и медленно теряли ее со временем.
Поскольку Марс за счет намного меньшего размера и массы обладает меньшей силой гравитации, он, вероятно, постепенно потерял всю свою воду, в то время, как жизнь на Земле только формировалась.
Для Венеры эти результаты проливают дополнительный свет на недавние работы, в которых утверждается, что на поверхности планеты существовали водные океаны и также позволяют оценить максимально возможное количество воды, которое можно ожидать на Венере.
Эти исследования также помогут в подготовке будущих космических полетов на Венеру.
Откуда на Земле взялась вода?
Откуда и как появилась вода и сколько ее на Земле?
Вода это то вещество, без которого не возможна жизнь на Земле. Ученые до сих пор спорят о появлении воды на Земле. Две группы исследователей, работающих друг от друга независимо, сделали вывод, что вода на планете возникла благодаря «мокрому» астероиду.
Происхождение воды на планете, так же не ясно, как и происхождение самой планеты. Существуют гипотезы о том, откуда взялась вода. Одни ученые считают, что Земля вначале была холодным метеоритом, другие, что раскаленным огненным шаром.
Ученые утверждающие о происхождении нашей планеты говорят, что вода являлась часть того самого метеорита в виде льдистого или снегоподобного вещества. Сторонники «горячей» теории происхождения, утверждают что вода выделилась как пот, из разогретой магмы Земли в процессе ее остывания и отвердения. Вода постепенно проникала на поверхность, сохраняясь в низинах образовывая моря и океаны.
А из-за того, что Солнце неравномерно нагревало Землю, в природе начался круговорот воды, начали появляться реки, озера и водоемы. Геологи предполагают, что после сформирования планеты, она была очень горячей и сухой. По теории, 3,9 млрд. лет назад, множество комет и астероидов, содержащих воду, бомбардировали поверхность планеты, это объясняет происхождение морей и океанов, уже после формирования планеты.
Однако, многие исследования показывают, что в структуре природной воды, особенно в морях и океанах, содержится большое количество дейтерия, элемента, имеющего название «тяжелый водород». Поэтому дейтерий возникает в результате реакции с водородом, в результате этого, маленький процент атомов получает дополнительный электрон, становясь фактически дейтерием. По предположениям ученых, это явление указывает на земное происхождение воды.
Земля, третья по удаленности от Солнца планета, она обладает самой большой массой среди других земноподобных планет нашей Солнечной системы. Уникальность нашей планеты в том, что она единственная известная планета, на которой зафиксировано существование жизни. Ученые предположили, что Земля образовалась 5-6 млрд. лет назад. И в скорее после своего создания гравитационным полем притянула к себе единственный спутник – Луну.
Сколько воды на планете?
Посмотрите на глобус. Сразу бросится в глаза огромная площадь голубовато-синего цвета. Только 29% от общей площади Земли, занимает суша (материки и острова), остальной процент, составляют моря, океаны, озера и реки. Общее количество воды на планете огромно. Если собрать всю земную воду в каплю, то диаметр капли составит около полторы тысячи километров. А самый глубокий океан на планете – Тихий, его максимальная глубина составляет 11,8 километра. Глубина океанов, в среднем, составляет примерно 3800 метров. Если бы вода была размещена по поверхности суши равномерно, то весь земной шар был бы под водой, и толщина воды составила бы 2710 метров.
Одну пятидесятую поверхности суша занимают пресные и соленые озера. Во всех озерах воды в пять раз меньше чем, в океанах и морях. А по количеству озер на первом месте Россия, в нашей стране тысячи озер. Среди них, самое большое – Каспийское, площадь которого чуть больше 420 тысяч км2.
Из пресных озер, самые большие – Ладонежское, Онежское, Байкал общей площадью сотни тысяч километров квадратных. Есть страны с огромным количеством пресных озер – Финляндия, Норвегия. Более половины всей территории Норвегии составляют озера.
Самым главным поставщиком пресной воды на планете являются атмосферные осадки, непосредственно наполняющие озера, реки и ручьи. Особой чистотой отличаются горные озера, они подпитываются водой, которая образуется при таянии льдов и снегов. Воды в реках нашей планеты примерно раза в три больше чем в озерах. По протяженности рек, Россия имеет первое место.
Наполнили колодец Как на Земле появилась вода
Астрономы Шон Раймонд (Университет Бордо, Франция) и Андре Изидоро (Университет штата Сан-Паулу Жулиу ди Мескита Филью, Бразилия) описали возможный механизм того, как вода попала на Землю. Их исследование опубликовано в журнале Icarus, доступно на сайте arXiv.org, о нем в своем блоге рассказал первый автор.
Ученые полагают, что у воды на Земле и небесных телах из пояса астероидов между орбитами Марса и Юпитера общее происхождение, связанное, в первую очередь, с формированием газовых гигантов в Солнечной системе.
Океаны покрывают три четверти Земли, однако на воду, находящуюся на поверхности, приходится всего одна четырехтысячная общей массы планеты. Вода есть и в мантии (в виде гидратированных пород), и в ядре Земли. Сколько ее там — неизвестно, вероятно, раз в десять больше, чем на поверхности.
В общем, воды на Земле мало, немного ее и на Луне, Меркурии, Венере и Марсе. Возможно, на Венере и Марсе раньше было больше воды. Основной резервуар воды в рамках орбиты Юпитера — пояс астероидов.
Во внутренней части главного пояса, в пределах 2-2,3 астрономической единицы от Солнца, преобладают астероиды класса S (каменистые), во внешней — класса C (углеродистые). Есть и другие астероиды, однако не столь массивные. В астероидах класса С воды больше, чем в классе S, — около десяти процентов (по массе).
Выяснить происхождение воды можно, проведя изотопный анализ водорода, содержащегося в воде различных небесных тел. Кроме протия, водорода с ядром из одного протона, в природе встречаются дейтерий (с протоном и нейтроном) и совсем редко — тритий (с протоном и двумя нейтронами).
Фото: World History Archive / Globallookpress.com
Изотопный анализ выявляет несколько особенностей. У Солнца и газовых гигантов соотношение содержания дейтерия и трития на один-два порядка меньше, чем у Земли. Зато у астероидов класса C этот показатель практически такой же, как у нашей планеты. Это указывает на общее происхождение воды.
У комет в облаке Оорта соотношение содержания дейтерия и протия примерно в два раза выше, чем у Земли. Есть три кометы в пределах орбиты Юпитера, у которых этот параметр близок к земному, однако там же имеется одна комета, где данный показатель в 3,5 раза больше. Все это может означать, что у воды на кометах разное происхождение и только часть ее образовалась так же, как на Земле.
Фото: Public Domain
Планеты формируются вокруг молодых звезд в гигантских газопылевых дисках. Ближе к светилу слишком жарко, поэтому там возникают планеты, богатые кремнием и железом. Дальше от звезды холоднее, там небесные тела могут формироваться и из водяного льда. Земля возникла в той части протопланетного диска, где рождались каменистые небесные тела, без воды. Значит, она попала на планету извне.
С другой стороны, астероиды классов S и C слишком отличаются, чтобы они могли образоваться рядом друг с другом. Кроме того, граница, за которой формировались ледяные небесные тела, в ходе эволюции Солнечной системы постоянно перемещалась, решающую роль в этом сыграл Юпитер.
Юпитер и Сатурн, как полагают ученые, сформировались в два этапа. Сначала они представляли собой твердые небесные тела, в несколько раз тяжелее современной Земли, а затем начали захватывать газ с протопланетного диска. На этом этапе масса и размеры планет резко увеличиваются, гиганты расчищают себе пространство в протопланетном диске.
Крупные Юпитер и Сатурн были окружены тогда небольшими планетезималями — предшественниками протопланет. Когда Юпитер и Сатурн росли, орбиты планетезималей вытягивались, пересекая внутреннюю часть Солнечной системы и удаляясь от светила. Но Юпитер и Сатурн все еще притягивали газ из протопланетного диска, в результате чего, как показало проведенное моделирование, орбиты планетезималей скорректировались Юпитером и переместились в область современного пояса астероидов.
Сатурн возник позже Юпитера, и его формирование привело к новой миграции планетезималей, хотя и не столь значительной. Главный вывод исследователей — астероиды класса C появились в поясе из пределов орбит газовых гигантов после того, как Юпитер и Сатурн завершили свое формирование (хотя некоторые планетезимали могли достичь орбиты Нептуна).
По мнению ученых, вода попала на нашу планету в период формирования пояса астероидов благодаря планетезималям определенного типа (а именно — астероидам класса C) с сильно эксцентричными (вытянутыми) и нестабильными орбитами, пересекающие траекторию Земли. Изотопный анализ водорода — главное тому подтверждение.
Доставка воды на Землю практически завершилась с формированием Юпитера и Сатурна и исчезновением протопланетного диска. Таким образом, популярная гипотеза, объясняющая небольшие размеры Марса миграцией Юпитера вглубь Солнечной системы, коррелирует с механизмом обогащения водой Земли. Появление во внутренней Солнечной системе (как на каменистых планетах, так и в поясе астероидов) воды, важнейшего источника жизни на Земле, — это, оказывается, просто побочный эффект роста Юпитера и Сатурна.